超强抗载荷钢结构基础- 压入工法和全面检验技术 案例分析

目录

第1章

设计规范 ······························································································ 4

第2章

地下室总布置图和地质状况 ···································································· 5

第3章

验证支持力的 PPT（桩贯入试验）流程 ······················································· 6

第4章

试桩和静载荷测试（钢板桩） ··································································· 84-1 植入试桩（未锁合的试桩）：T1-T8 ······················································ 84-2 拔出试桩 T1 和 TT6（桩植入 7 天后） ················································· 94-3 计算静载荷测试中的最大试验载荷 ························································ 94-4 静载荷测试结果 ···············································································104-5 基于 Fleming 法的分析······································································· 114-6 反演分析 ························································································144-7 结论 ······························································································14

第5章

试桩和静载荷测试（钢管桩） ··································································15
5-1 植入试桩：W28 和 W86 ···································································15
5-2 计算静载荷测试中的最大试验载荷 ·······················································155-3 静载荷测试结果 ···············································································165-4 基于 Fleming 法的分析·······································································175-5 反演分析 ························································································205-6 结论 ····························································································202第6章

植桩施工质量控制程序 ········································································216-1 钢板桩 ·························································································216-2 钢管桩 ·························································································22第7章

钢板桩的连接 ·····················································································247-1 钢板桩连续壁 ················································································24
7-2 钢管桩连续壁 ················································································25

第8章

防水 ·································································································26

3

第 1 章 设计规范挡土墙设计使用寿命100 年

地下室等级（BS 8102:2009）

1 级（停车场）和 3 级（其它区域）

挡土墙工作载荷U 型钢板桩连续壁：500kN/m 行程（300kN/桩）；钢管桩连续壁：1100kN/1m
行程（1075kN/桩)挡土墙的单位面积载荷10kN/m2

水平载荷产生的运动墙元垂直移动极限：25mm
墙元水平移动极限：20mm
相邻支柱和地下结构之间差异运动极限：1/500植桩容差

桩顶垂直于墙外围线的平面的误差：±25mm
每排桩沿线的垂直性误差：1/100
表1

注：地下室等级（BS 8102: 2009）等级结构用途示例 A)

性能水平1停车场；机房（不包括电气设备）；车间

允许存在渗流区和潮湿区域，具体取决于相关结构的用途 B)
如果存在渗流，则可能需要局部排水设施

23A)

要求环境（较 1 级）更干燥的机房、车间

不得存在渗、漏水以及仓库允许存在潮湿区域；可能需要通风

通风良好的居住和商业区，包括：办公场

不得存在渗、漏水所、餐厅等；娱乐中心根据结构的具体用途，需要通风、除湿或空调设施本标准上一版中规定了 4 个级别的使用场景。但其中规定的 4 级与 3 级之间的区别在于通风、除湿或空调的
性能水平（有关档案文件的存放和陈列建议，见 BS5454）。4 级结构的形态可与 3 级结构的形态相同或类似。

B)对于某些结构类型中存在的渗流区和潮湿区域，可以通过参照工业标准予以量化，例如：ICE 关于植桩和嵌入式挡土墙的标准。
表24

第 2 章 地下室总布置图和地质状况回填土地下 1 层
地下 1 层
地下 2 层砂砾石
地下 2 层

砾质粘土泥岩沙泥岩

U 型钢板桩 PU22-1 L=12.8m

UCS=26-35MPa钢管桩 Ø914xt22 L=15.755m

标准贯入试验 N 值

图15

第 3 章 验证支持力的 PPT（桩贯入试验）流程第 1 步：植入试桩，以测量桩端抵抗 Rt 和桩表面摩擦力 Rf。

拔桩地平面

施工基面
（钻掘基面）

Rf ：桩表面摩擦力
桩端基面（桩端设计基面）

Rf ：桩端抵抗图2

第 2 步：根据时间效应等待桩表面摩擦力恢复（动态桩表面摩擦力 Rfm

前端抵抗 Rt时间效应

图36X（天）极限承载力(kN)

桩表面摩擦力静态桩表面摩擦力 Rfs (kN)动态桩表面摩擦力 Rfm (kN)

植入抵抗(kN)

摩擦力 Rfs) 。

静态桩表面

第 3 步：进行静载荷试验，以确定达到要求的承载力所需的前端抵抗，即“前端抵抗力”。

图4第 4 步：按照要求的前端抵抗力或大于该值进行压入施工。

地平面压入力压入完成时要求达到的值
压入力

Rtnet

图57

极限载荷规定的工作载荷

（kN/桩）（kN/桩）

钢板桩600

钢管桩

2,150

桩类型

安全系数

达到规定的承载力所需的前端抵抗力（Rtne）

300

2.0

1,075

2.0

230
650

表3

第 4 章 试桩和静载荷测试（钢板桩）4-1 植入试桩（未锁合的试桩）：T1-T8
T2 - T5,T7 和 T8

T1 和 T6

地平面

施工基面（钻掘基面）

前端抵抗完成法线（桩端设计基准线）

前端抵抗

图6

前端抵抗

T1

T2T3T4T5T6

T7T8

不适用90 kN

290 kN

400 kN

480 kN不适用190 kN

180 kN

表48

4-2 拔出试桩 T1 和 T6（桩植入 7 天后）
T1 和 T6

拔桩地平面

静态桩表面摩擦力 = 80kN (T1)
30kN (T6)

施工基面（钻掘基面）

图74-3 计算静载荷测试中的最大试验载荷设计实证载荷（DVL）等于规定的工作载荷（SWL）（=300kN/桩）加上未来钻掘基面以上土壤造成的摩擦力（=80kN）。安全系数为 2.0，则：最大试验载荷= DVL + 1.0×SWL= 2.0×SWL + 钻掘基面以上的摩擦力= 2.0×300 + 80= 680kN

9

4-4 静载荷测试结果
载荷—位移位移(mm)桩编号 T3载荷(kN)
加的夫 Bute Terrace St. Davids 22006 年 12 月 6-7 号

技研欧洲有限公司（GIKEN EUROPE BV）

最大位移 = 5.58 mm
剩余位移 = 4.21 mm

图 8 静载荷测试结果示例（T3）测试桩 T2 至 T5，T7 和 T8 在其施工后 18-28 天在压缩条件下进行测试。测试结果总结在以下
的表 5 中。
DVL +50% SWL

最大施加试验载

最大沉降

DVL 后剩余沉降荷(kN)

(mm)

(mm)

T2680

36.0

2.70

22.25

18 天

T3681

5.58

0.32

1.56

26 天

T4682

8.46

0.19

1.99

27 天

T5682

2.30

0.32

0.50

25 天

T7530

44.120.72

41.27

28 天

T8680

70.68

1.4321.1223 天

桩编号

表510后剩余沉降(mm)施工和测试之间的时间间隔

4-5 基于 Fleming 法的分析
已使用 Fleming 法对钻孔桩所需的沉降进行分析。桩身和载桩自走装置的直径已调整到相应值，以便使用 Fleming 法进行分析。Fleming 法不考虑植桩过程中产生的锁定载荷，例如：载桩自走装置的预载荷。这些因素导致桩的反作用力比仅基于地质参数确定的反作用力更大（《打桩过程中单桩沉降的预测和分析》（Single Pile Settlement Prediction and Analysis for Driven Piles），DFI会议，阿姆斯特丹，2006）。
由于静态桩表面摩擦力，每根桩都呈现出初期强烈抵抗。该抵抗代表工作过程中可能出现的反应。在将桩进一步打入地下的过程中，一旦超出静态桩表面摩擦力，则出现动态桩表面摩擦力，
基础承载能力也将逐渐增加。动态摩擦力加端部承载力应大于或等于最初植桩所需的力。使用
Fleming 法生成两条曲线，来表示这两个阶段；挠曲系数（Ms）根据 Fleming 法变化。动态情
况下，通常采用的挠曲系数为 0.03；静态情况下的挠曲系数非常小，为 0.0001；该系数的选定
依据是获取最佳的拟合曲线。进行静态和动态分析时，基础承载力是固定不变的。结果概述见
表 5；分析过程见图 9 和图 10。

11

C106070
加的夫 St Davids 2
试桩 T3作业编号项目计算对象页码

参考日期操作员桩沉降分析（Fleming 法, 1992）
输入数据当量桩身直径 (DS)=载桩自走装置当量直径 (DB)=自走装置下方变形模量 (EB)=钢的当量杨氏模量(EC)=摩擦长度系数 (KE)=桩上部不承载部分的长度 (LO)=通过摩擦传输载荷的桩长度 (LF)=挠曲系数 (MS)=桩设计载荷 (PT)=桩身极限摩擦载荷 (US)=载桩自走装置极限载荷 (UB)=总极限载荷 =最大设计/预计极限载荷 =最大沉降 =缩短%极限载荷位移载荷/沉降载荷/极限载荷输出数据
沉降载荷

载荷

沉降/直径

图 9 基于 Fleming 法的分析示例（试桩 T3，静摩擦）

12

沉降

% 直径

2007-1-16DRBC106070
加的夫 St Davids 2
试桩 T3

作业编号项目计算对象参考页码日期操作员

桩沉降分析（Fleming 法，1992）
输入数据当量桩身直径 (DS)=载桩自走装置当量直径 (DB)=自走装置下方变形模量 (EB)=钢的当量杨氏模量(EC)=摩擦长度系数 (KE)=桩上部不承载部分的长度 (LO)=通过摩擦传输载荷的桩长度 (LF)=挠曲系数 (MS)=桩设计载荷 (PT)=桩身极限摩擦载荷 (US)=载桩自走装置极限载荷 (UB)=总极限载荷 =最大设计/预计极限载荷=最大沉降=

载荷%极限载荷

沉降

输出数据
沉降缩短

位移载荷/沉降

载荷/极限载荷载荷沉降/直径图 10 基于 Fleming 法的分析示例（试桩 T3，动摩擦）13% 直径2007-1-16DRB

4-6 反演分析
基于 Fleming 法分析所得的各桩的极限承载力见下表。根据静摩擦的结果对规定的工作载荷
（SWL）进行分析，即：静摩擦等于总承载力减地下室以上的摩擦力之差除以安全系数 2.0（即：桩 T2-T5：SWL =（总承载力 – 80）/2；桩 T7 和 T8：SWL =（总承载力– 30）/2）。

静摩擦（测试初期阶段示例）桩编号动摩擦（测试末期阶段示例）桩身承载力评基础承载力评总承载力桩身承载力评基础承载力评

总承载力

估（kN）

估（kN）

/SWL（kN）

估（kN）

估（kN）

/SWL（kN）

T2

280

140

420/170

T3

350

580

930/425

230

580

810

T4

310

675

985/452

160

675

835

T5

450

850

1300/610测试未达到此阶段

T7

365

195

560/265桩持续压入地面

T8

400

175

575/272桩持续压入地面桩持续压入地面

表6

根据上述静摩擦结果绘制静摩擦/净前端抵抗图（见图 7），以说明规定的工作载荷随净前端抵抗增加而增加的趋势。将所给数据的下限连成线，该线表明为获得 300kN/桩的规定的工作载荷
要求最小净前端抵抗为 230kN。请注意：净前端抵抗表明向地面施加一个约为 250kN 的推力（夹头、螺旋钻和钻杆及板桩的重量的两倍）。
为对植入的桩进行反演分析，所述下限连线可用于分析各桩的安全工作载荷。

规定的工作载荷 (kN)

规定的工作载荷—净前端抵抗T5T3T4T8T2

T7

净前端抵抗 (kN)

图 11 规定的工作载荷—净前端抵抗关系图

4-7 结论
所有试桩均证明该土壤能支撑要求的极限载荷。除 T2、T7 和 T8 外，所有其它桩工作载荷下的沉降约为 1mm，T2、T7 和 T8 最大沉降可达 4mm。
除 T2、T7 和 T8 外，所有桩的预计极限承载力均符合要求（施加在 T2、T7 和 T8 上的净前端

14抵抗小于推荐的 230 kN）。根据相关数据绘制的图给出了下限连线，表明净前端抵抗和规定的工作载荷之间的关系，其中最小净前端抵抗 230kN 对应的规定工作载荷为 300kN/桩（安全系数为 2.0）。

第 5 章 试桩和静载荷测试（钢管桩）5-1 植入试桩：W28 和 W86
试桩 W28 和 W86 是在钢管桩植入施工初期植入的。这两根试桩已经作为所述地下室外墙的一部分使用。其状态如下所述。
桩顶前端基面桩长施工基面(mOD)(mOD)(m)(mOD)

φ 914mm O.D. x 20mm

8.755

- 4.1

12.8552.055

φ 914mm O.D. x 20mm

9.255

- 3.0

12.255

1.605

桩编号

描述

W28W86

表75-2 计算静载荷测试中的最大试验载荷设计验证载荷（DVL）等于规定的工作载荷（SWL）（=1075kN/桩）加上未来钻掘基面以上土壤造成的摩擦力（=414kN*）。安全系数为 2.0，则：最大试验载荷 = DVL + 1.0×SWL= 2.0×SWL + 钻掘基面以上的摩擦力= 2.0×1075 + 414= 2564kN

15

* 表面静摩擦力的计算方法：假设无粘性材料的有效垂直应力和水平桩表面摩擦力的换算因数为Ks.tanδ。
保守计算，地下水位取地平面以下6米，假设Ks.tanδ计算表的数值范围，可以得出地平面到钻掘基面之间
的表面静摩擦力的范围为207kN~414kN。较小的数值与测得的动摩擦力非常吻合。建议采用上限值作为表面摩擦力并用于试桩，这样就无需再另外进行试验来确定表面摩擦力的大小。

5-3 静载荷测试结果
载荷—位移位移 (mm)桩编号 W86载荷 (kN)加的夫 Bute Terrace St. Davids 22007 年 3 月 8-9 号

技研欧洲有限公司

最大位移 = 96.58 mm（GIKEN EUROPE BV）

剩余位移 = 89.82 mm

图 12 静载荷测试结果示例（W86）16

施工后 17-54 天在压缩条件下测试桩 W28 和 W86。测试结果总结如以下表 8 所示。
桩编号最大施加试验载荷 (kN)最大沉降 (mm)

DVL 后剩余沉降DVL+50% SWL 后剩余

施工和测试之间沉降的时间间隔(mm)(mm)

W28

2,400

54.77

2.3032.4154 天W86

3,100

96.580.6318.2117 天

表85-4 基于 Fleming 法的分析
桩 W28
基于 Fleming 法的分析说明该桩在不超过 2000kN 时状态正常。
在数据不超过 1758kN 时，Fleming
曲线完全吻合，但 2028kN 和 2300kN 两值不吻合。当数值大于 2000kN 时，桩被进一步压入土壤中，重复植入过程，随着深度增加，载荷增大。反演分析表明在总承载力为 2050kN 时桩身极限摩擦力为 650kN，基础承载力极限为 1400kN。
桩 W86
初期沉降读数非常大，表明该桩可能存在约为 1mm 的“配合”沉降。基于 Fleming 法的分析说
明该桩在不超过 2000kN 时状态正常。对存在静摩擦状况的测试初期进行反演分析，结果表明
在总承载力为 2050kN 时桩身极限摩擦力为 800kN，基础承载力极限为 1250kN。根据 Fleming
曲线拟合流程，一旦超出初期静摩擦力，摩擦力将减小，变为动摩擦（350kN），随着桩被进一步压入土壤，端部支持力将增加至 2875kN。
静摩擦 （测试初期阶段示例）桩编号动摩擦 （测试末期阶段示例）桩身承载力基础承载力评估

总承载力桩身承载力评估

基础承载力评评估 (kN)

(kN)

(kN)

(kN)

估(kN)

W28

650

1400

2050

W86

800

1250

2050

总承载力(kN)桩持续压入地面
350

表91728753225

TONY GEE and PARTNERS咨询工程师
CobhamSurreyAshford Kent
Halesowen W.Midlands

C106070
加的夫 St Davids 2
管试桩 W28

作业编号
项目
计算对象

参考

页码
日期操作员

桩沉降分析（Fleming 法，1992）
输入数据当量桩身直径 (DS)=载桩自走装置当量直径 (DB)=
自走装置下方变形模量 (EB)=钢的当量杨氏模量(EC)=摩擦长度系数 (KE)=桩上部不承载部分的长度 (LO)=通过摩擦传输载荷的桩长度 (LF)=挠曲系数 (MS)=桩设计载荷 (PT)=桩身极限摩擦载荷 (US)=载桩自走装置极限载荷 (UB)=总极限载荷 =最大设计/预计极限载荷=最大沉降=缩短%极限载荷位移载荷/沉降

载荷/极限载荷输出数据载荷沉降载荷

沉降/直径

图 13

18

沉降

% 直径

2007-3-12DRBTONY GEE and PARTNERS咨询工程师
Cobham Surrey
Ashford Kent
Halesowen W.Midlands

12/03/2007

C106070
加的夫 St Davids 2
管试桩 W86

作业编号
项目
计算对象

参考

页码
DRB

日期操作员

桩沉降分析（Fleming 法，1992）
输入数据当量桩身直径 (DS)=载桩自走装置当量直径 (DB)=自走装置下方变形模量 (EB)=钢的当量杨氏模量(EC)=摩擦长度系数 (KE)=桩上部不承载部分的长度 (LO)=通过摩擦传输载荷的桩长度 (LF)=挠曲系数 (MS)=桩设计载荷 (PT)=桩身极限摩擦载荷 (US)=载桩自走装置极限载荷 (UB)=总极限载荷=最大设计/预计极限载荷=最大沉降=缩短%极限载荷位移载荷/沉降载荷/极限载荷输出数据载荷沉降载荷沉降/直径图 1419沉降% 直径

2007-3-12DRB

5-5 反演分析
为对完工的桩进行反演分析，可将记录的净推力与桩的承载力进行对比。取桩 W1~W97 的上托
力的平均值（498kN），减去桩、夹头和钻杆的重量（258kN），所得的 240kN 即为从地平面到
地下的平均表面摩擦力。
对从测试所得的极限承载力（如下表所述）进行保守分析，绘制推力—工作载荷关系图，假设
安全系数为 2.0，地下的表面摩擦力取上文所述的 240kN（则：DVL = 1075 + 240 = 1315kN）：
桩编号前端抵抗(kN)极限承载力(kN)

工作承载力 (kN)

W28

460

2050

= (2050-240)/2 = 905

W869903100= (3100-240)/2 = 1430

表 10 工作承载力、极限承载力和前端抵抗规定的工作载荷 (kN)

规定的工作载荷—前端抵抗

W86
W28

前端抵抗 (kN)图 15 规定的工作载荷—净前端抵抗关系图

5.6 结论
测试结果表明各测试初期阶段的极限承载力为 2050kN。如果沉降增加，基础承载力将变化，桩W86 在沉降为 96mm 时最大载荷达 3100kN，表明其极限承载力增至约 3225kN。
工作载荷（1075kN）下，在计算地下室层以上的潜在表面摩擦力时，将其增至设计验证载荷，
即 1489kN，首次载荷产生的沉降比较小（4.32mm 和 4.47mm）。

20

第 6 章 植桩施工质量控制程序
6-1 钢板桩螺旋钻套管和钻杆
W1=77.5kN
压入施工方向静压植桩机
设备随需要压入的桩下降/升起的部件W2=33.5kN

桩前端基面

X

桩前端基面

2X

待压入的桩
W3

板桩

完成桩
1. 将桩 A 植入到距离桩前端基面
Xmm 处，以避免破坏桩前端基面以下的土壤。

2. 将钻杆退出约 2X mm，并将钻杆底部置于桩前端上方。

PU2 = C+S1+S3+W1+W2+W3
PU2；拔出力（kN）
C；锁口间抵抗（kN）
S1；钻掘基面以上的表面动摩擦力（kN）
S3；钻掘基面以下的表面动摩擦力（kN）

R1>T+PU2-2*(W1+W2+W3) (kN)T；要求的前端抵抗（kN）= F×SWL-S4
F；安全系数
S4；底板底面以下的表面静摩擦力（kN）= s4×A
s4；U 型板桩静载荷测试得出的单位
表面摩擦力（kN/ m2）
A；桩表面积（m2）

X+200

C+S1+S3=PU2-(W1+W2+W3) (kN)

桩前端基面

桩前端基面

3. 将钢
板桩和钻杆退出约 200mm，以测量拔出力 PU2（kN）。

4. 将钢板桩压入到桩前端基面位置，以测量最终的压入力
R1（kN）。
如果 R1≥230kN + PU →合格
如果 R1 < 230kN + PU →需将钢板桩进一步压入。

图 16 质量控制程序（钢板桩）21压入图 17 压入力监测结果示例6-2 钢管桩螺旋钻套管和钻杆
W1=113kN
压入施工方向克服坚硬地质的钢管桩静压植桩机 SCP260
设备随需要压入的桩下降/升起的部件W2=88kN

桩前端基面

桩前端基面

桩前端基面

X

桩前端基面

1. 将桩植入到距离桩前端基面 Xmm 处，以将对桩前端基面以下土壤的破坏降到最低。

2X

待压入的桩
W3完成桩

2. 将螺旋钻套管退出约 2X mm，并将钻杆底部置于桩前端上方。

22

R1>T+PU2-2*(W1+W2+W3)(
kN)

PU2 = S1+S3+W1+W2+W3
PU2；拔出力（kN）
S1；钻掘基面以上的表面动摩
擦力（kN）
S3；钻掘基面以下的表面动摩
擦力（kN）

T；要求的前端抵抗（kN）= F×SWL-S4
F；安全系数
S4；底板底面以下的表面静摩擦力（kN）= s4 × A
s4；U 型板桩静载荷测试得出
的单位表面摩擦力
A；管外表面积（m2）S1+S3=PU2-(W1+W2+W3)
(kN)

桩前端基面

桩前端基面

桩前端基面

桩前端基面

4. 将钢管桩压入到桩前端基面位置，以测量最终的压入力
R1（kN）。
如果 R1≥650kN + PU2 →合格
如果 R1 < 650kN + PU2 →需将板桩进一步下压。

3. 将钢管桩和螺旋钻套管退出约 500mm，以测量拔
出力 PU2（kN）。

图 18 质量控制过程（管桩）23第 7 章 钢板桩连接7-1 钢板桩连续壁℄ 钢板桩焊接到桩上的阻水栅板详细内容见 C106070/204。
19Ø 100 长剪力钉

3 类（见注 6）
比例 1:20（钢板桩上的标称轴向载荷小于等于 310kN/m ）8 号 16Ø 100mm 高剪力钉/桩
SSL不固定立面图 E-E
比例 1:20

立面图 F-F
比例 1:20
图 19 钢板桩连接细节图（钢板桩）– 1

图 20 钢板桩连接细节图（钢板桩）– 224

7-2 钢管桩连续壁焊接到桩上的防水板

焊接到钢管桩上的阻水栅板。详细内容见 TGP 详细图 C106070/204。

19Ø 100 长剪力钉

混凝土板
等级：C40变化范围 900/1200

直型钢钢管桩连续壁/地下结构连接 – 1 类（桩上的轴向载荷小于等于 1100 kN/m）
比例 1:25

SSL 不固定

24 号 19Ø
100mm 高剪力钉剖视图 B-B
比例 1:25

剖视图 A-A
比例 1:25
图 21 板连接细节图（管桩）– 1

图 22 板连接细节图（钢管桩）– 225

第 8 章 防水

典型的 L-T
锁口细节图

（最小值）

10mm 厚的板材
按桩轮廓裁切6mm 厚的板材
G275JR 6mm 角焊缝
（最小）

重叠的接头
具体根据锁口误差定公差而定钢管桩胶泥凸缘细节图
比例 1:10钢板桩和胶泥凸缘之间
10mm 的母线槽见细节图 1胶泥凸缘

板重叠部分至少 50mm
交叠接头上的母线槽最小为
6mm10mm 厚的板材
按照桩轮廓裁切钢板桩胶泥凸缘细节图
比例 1:5桩

B2 板（厚度不定）10MM 角焊缝密封

10MM 平板和10MM 角焊缝锁口密封细节图 1
比例 1:5胶泥凸缘立面图 A-A
比例 1:5
图 23 防水细节图

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Ver1.1ZH01 /28 May 2023